柳工zl50c輪式裝載機制動系統(tǒng)設計-畢業(yè)論文

柳工ZL50C輪式裝載機制動系統(tǒng)設計【摘要】介紹zl50c輪式裝載機制動系統(tǒng)的工作原理，分析了鉗盤式制動器的制動力矩與整機制動所需制動力矩和由地面附著條件所決定的制動力矩之間的關系，確定了在最佳制動工況下選擇制動系統(tǒng)參數(shù)和結構的方法,本文著重敘述了行車制動系統(tǒng)的設計。

【關鍵詞】裝載機；制動系統(tǒng)；設計

1.zl50c輪式裝載機制動系統(tǒng)工作原理

制動系統(tǒng)是裝載機的一個重要組成部分，它不僅關系到行車作業(yè)的安全性，而且，良好可靠的制動系統(tǒng)，可以使裝載機具有較高的平均行駛速度，提高其運輸效率。

裝載機的制動系統(tǒng)，通常包括以下三個部分：雙管路行車制動系統(tǒng)，停車制動和緊急制動。每個部分主要由制動器和制動驅(qū)動機構兩大部分組成。本文所論述的是行車制動系統(tǒng)設計，即腳制動系統(tǒng)設計。

本機采用雙管路安全制動系統(tǒng)，鉗盤式制動器實現(xiàn)四輪制動，主制動器（停車制動）采用雙蹄內(nèi)漲式氣動操縱。系統(tǒng)包括氣泵，儲氣罐制動閥及加力器，制動器以氣推油方式制動。

1、發(fā)動機2、空壓機3、油水分離器4、單向閥5、儲氣筒6、調(diào)壓閥

7后橋鉗盤制動器8、后橋加力器9、腳制動閥10、前橋加力器11、選擇筒

12、雙向換通閥13、變速箱切斷閥14、前橋鉗盤制動器15、氣壓表

圖1zl50c輪式裝載機制動系統(tǒng)工作原理圖

該系統(tǒng)的原理是發(fā)動機驅(qū)動空壓機，壓縮空氣從空壓機2進入油水分離器3，空氣中的水分及部分雜質(zhì)被油水分離器的過濾網(wǎng)濾出去后，壓縮空氣經(jīng)單向閥4進入儲氣筒5，而且壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥6調(diào)整后，保持系統(tǒng)壓力為0.68mpa～0.7mpa,踩下腳制動閥9時，儲氣筒中的空氣分兩路分別進入前后驅(qū)動橋的制動鉗14和7推動活塞、摩擦片，壓向制動盤，當放開制動踏板時，加力器中的壓縮氣體從制動閥處排入大氣，制動狀態(tài)解除。

而zl50c手制動是手控氣制動，當彈簧氣缸處于進氣狀態(tài)時，手制動器處于解除制動狀態(tài)，當手制動閥向上拉時，彈簧氣缸中的空氣從手制動閥處排入大氣，此時，氣罐中的活塞桿在彈簧力的作用下帶動手動制動器手柄向上運動，使制動器處于制動狀態(tài)，實現(xiàn)無氣制動，提高了駕駛安全性；同時空氣通過手動制動閥進入雙向換通閥，再進入變速操縱閥的切斷閥，切斷變速器的動力。

2.鉗盤式制動器工作原理

鉗盤式制動器的制動力矩是由一對帶摩擦襯片的夾鉗從兩邊夾緊與車輪一起旋轉的圓盤而產(chǎn)生的。

鉗盤式制動器分為固定式和浮動式兩種，圖2即為固定式。

1.活塞2.密封圈3.制動盤4.鋼板5.摩擦襯片6.夾鉗

圖2固定式鉗盤式制動器

制動夾鉗固定在橋殼的支架上，制動盤位于制動鉗中間，制動盤與車輪固定在一起，同車輪一起旋轉。從加力器來的高壓油進入內(nèi)外鉗，油缸推動活塞夾緊制動盤而起制動作用，活塞靠矩形密封圈變形的彈性力自動回位，還可自動調(diào)整間隙。

3.鉗盤式制動器的制動力矩計算

鉗盤式制動器的制動力矩與制動鉗的數(shù)量，制動活塞的數(shù)量，制動油壓及有效摩擦半徑等因素有關，即：

ｍ■＝ｎ·n■·p·μ·r

式中：n——整機制動鉗副數(shù)；n——每副制動鉗中活塞個數(shù)

d——活塞直徑；p——制動油壓

μ——摩擦片與制動盤摩擦系數(shù)；r——有效摩擦半徑

r——■■+r■；r1摩擦襯片作用的旋轉圓盤外徑

a——比值a=r■r■；r2——摩擦襯片作用的旋轉圓盤內(nèi)徑

rp——平均摩擦半徑；rp——r■+r■2

4.制動時車輪受力分析

圖3制動時車輪受力分析簡圖

制動時由于傳動系統(tǒng)已切斷動力，車輪不再受發(fā)動機傳來的扭矩作用，但與車輪相連接的各旋轉零件仍有慣性力矩作用在車輪上，同時圖3制動車輪受力簡圖還有滾動阻力矩以及由制動器產(chǎn)生的制動力矩作用在車輪上。此外，作用在車輪上的還有驅(qū)動橋上的動負荷，路面對車輪的反作用力z，以及與行駛方向相反的切向反作用力，切向反作用力就是作用在車輪的有效制動力如對車輪中心取矩，則得：

ｍ■-m■+m■-p■r■=0

在制動過程中，影響很小，一般可忽略去不計，此時：

p■=m■-m■r■=p■-m■r■

式中：pb1——制動器作用在車輪上的制動力

有效制動力pb的值受輪胎和地面間的附著力p=g?鬃的限制，即：

?妝■≤g■?鬃

式中：?鬃——輪胎與地面附著系數(shù)

有效制動力?妝b，當它達到其p■=g■?鬃時，車輪將被抱死（停止旋轉）而發(fā)生滑移，輪胎在地面滑移，將使值降低，并且使裝載機制動時方向穩(wěn)定性受到破壞，因此，這種制動態(tài)并不是最佳的制動效果，理想的最佳制動應是車輪將抱死而未抱死，輪胎臨近滑移而仍沿路面滾動的工況。

5.整機制動所需制動力矩的確定

5.1確定速度

要求在制動距離s以內(nèi)，使以初速度行駛的裝載機制動停止所需的減速度為ａ＝■制動系的性能，首先以制動時制動器能使車輪達０．５ｇ

5.2整機制動所需制動力矩

ｍ＝ｆ·r■=gg·a·r■

其中g——整機操作重量;a——制動減速度

rk——車輪動力半徑;g——重力加速度

6.腳制動系統(tǒng)的設計

根據(jù)以上的分析，最佳制動工況應是

ｍ＜ｍ■＜■ｐ■ｒ■

即制動器提供的制動力矩ｍｚ應大于整車制動所需的制動力矩ｍ，同時應小于車輪將被抱死而產(chǎn)生滑移時由地面附著條件決定的制動力矩■ｐ■ｒ■

ｍ＜ｍ■

■·■·r■<n■■·p·μ·r—（1）

ma<■ｐ■ｒ■

n·n■·p·μ·r≤g■·ψ·r■—（2）

根據(jù)實踐，滿足（1）式即可保證制動效果。但考慮到盡量減小制動過程溫升，在選擇制動器結構參數(shù)時一般按（2）式確定，在滿足（1）式的前提下如果附著系數(shù)ψ取較小值，可將式（2）取等號即：

n·n■·p·μ·r=g■·ψ·r■

在結構參數(shù)d和r選定的情況下，根據(jù)制動油壓的大小確定制動鉗副n和每副制動鉗內(nèi)的活塞數(shù)n(一般n應為正偶數(shù))。

如果結構參數(shù)n，n，d，r已確定，可選擇合適的制動油壓來滿足制動力矩的要求，但必須同時驗算制動溫升是否滿足要求。

我廠生產(chǎn)的zl50c輪式裝載機按此設計方方法設計了腳制動系統(tǒng)的參數(shù)。其腳制動系統(tǒng)采用氣頂油鉗盤式制動器，四輪同時制動，每個輪八個制動分泵。

腳制動系統(tǒng)按普通輪式裝載機在空載時以24km/h速度行駛，其制動距離不大于11米。

6.1整機制動所需制動力矩

m=■·■·r■

式中：g——空載車輛17t；a——減速度2.02m/

rk——車輪動力半徑0.77m；g——重力加速度9.8m/s2

a=■■×■=2.02ms■；m=■=2.7(t·m)

m■=■=0.67(t·m)

6.2鉗盤式制動器的制動力矩m■

mz=n·n■·p·μ·r

式中n——整機制動鉗副數(shù)6

n——每副制動鉗中活塞的個數(shù)4；d——活塞直接75mm

p——制動油壓102kg/；μ——摩擦片與制動盤摩擦系數(shù)0.25

r——有效摩擦半徑

r=■·■+r■

=■·1-■■1+■+■

=45.4×■+238.75

=240mm

m■=6×4×■×102×0.25×24

=654000kg·m

=6.54(t·m)

6.3按粘著條件決定的最大制動力矩

圖4zl50c輪式裝載機制動時前后軸荷分配

整機空載時參數(shù)如下：

總重g■=17t；前橋靜負荷g■=6.97t；后橋動負荷g■=10.03t

重心距前橋s■=1770mm；重心距后橋s■=1230mm；重心高度h=1000mm；滾動半徑r■=770mm；附著系數(shù)μ=0.5；軸距l(xiāng)=2.25m

車輛在制動時，由于慣性力的作用，前后軸上的重量分配與靜止時是不同的。由于制動減速度引起的慣性力，使前軸上的動負荷比靜負荷要大，使后軸上的動負荷比靜負荷要小，如圖4。

p■=m·a=■·a；g■=■=6.97t

g■·l=g■·s■+p■·hg■=■+■

g■=g■+■

m■=g■+■μ·r■

=（6.97+■）×0.5×0.77

=3.28（t·m)

g■·l+p■·h=g■·s■

g■=■=■

g■=■=10.03t

g■=g■-■

m■=g■-■μ·r■

=(10.03-■)×0.77×0.5

＝3.26(t·m)

■p■·p■=m■+m■=3.28+3.26=6.54(t·m)

根據(jù)最佳制動工況